專利名稱：處理采油中的流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理石油生產(chǎn)設(shè)施的管道工程中的流體的方法。
背景技術(shù)：
從地下油源采油在原理上是簡(jiǎn)單的。鉆出直達(dá)含油地層的孔，并通 過(guò)設(shè)置在該孔中的管道將石油提升到地層表面。在一些油井中，石油在 含油地層中可能處于一定的壓力下，所以能在沒(méi)有任何輔助手段的情況 下流動(dòng)到地表，但在許多油井中，可能需要用泵來(lái)抽取石油、或者將水 注入到含油地層中以便使混合有水的石油到達(dá)地表這樣的輔助手段。注 入到含油地層中的水可以是海水，也可以是熱水，以使石油(如果是粘 性的)更易于流動(dòng)。在這種情況下，到達(dá)地表的可能是油-水混合物，其 中石油的含量可能會(huì)占到10%或者更多。
以這種方式進(jìn)行采油所帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是在油/水混合物到達(dá)地表 所經(jīng)過(guò)的管道中形成蠟狀物和水垢。隨著混合物在管道中提升高度的增
加，壓力隨之降低，水會(huì)變成超飽和，碳酸鈣以及文石、berite、黃鐵礦
和硅酸鹽形式的其他物質(zhì)會(huì)沉淀在生產(chǎn)管道的表面上。另外，瀝青質(zhì)和 石蠟(當(dāng)達(dá)到傾點(diǎn)時(shí))從混合物的油份中沉淀出來(lái)，再次形成于管道的表 面上，逐漸降低產(chǎn)出率。此外，鈣礦物的沉積和生物淤積也會(huì)在注水井 和注水所必需的高壓泵吸系統(tǒng)中產(chǎn)生問(wèn)題，減少石油產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明更廣泛的目的在于解決前述的由于礦物、蠟狀物和其他物質(zhì) 的沉積所導(dǎo)致的管道堵塞的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種減少?gòu)挠途艿赖挠?水混合物 中沉積出物質(zhì)的方法，所述方法包括在所述管道的所述混合物中建立射頻傳播電磁場(chǎng)。
可以通過(guò)下述方式建立所述電磁場(chǎng)在所述管道的流體中，圍繞所 述管道的某個(gè)位置設(shè)置導(dǎo)磁材料的芯元件，并在所述芯元件中建立射頻 磁通量以產(chǎn)生傳播電場(chǎng)。
所述芯元件中的射頻磁通量可以通過(guò)設(shè)置線圈來(lái)建立，所述芯元件 通過(guò)所述線圈流通，并且所述線圈由射頻電信號(hào)供給能量。
電信號(hào)可以是方波形式或者是正弦波，也可以采用可能的其它波形。 優(yōu)選的是，信號(hào)是脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖均是衰減的正弦波形。
當(dāng)溶解在水中時(shí)，諸如碳酸鈣、碳酸氫鈣、碳酸鎂和碳酸氫鎂等礦 物質(zhì)例如以帶正電荷和負(fù)電荷離子的形式存在。當(dāng)達(dá)到溶液中所能溶解 的物質(zhì)最大量時(shí)，在給定的溫度和壓力，溶液會(huì)變得飽和，如果條件發(fā) 生變化使得超過(guò)物質(zhì)的飽和濃度，溶液就會(huì)變得超飽和。如果在溶液中 有足夠的晶種物質(zhì)存在，所溶解的物質(zhì)就會(huì)從溶液中結(jié)晶出來(lái)，這樣會(huì) 導(dǎo)致管道中的水標(biāo)沉積。
為了形成晶種，必須將溶液中的物質(zhì)的正、負(fù)離子聚集在一起。因 為離子上的電荷分布，可將包含超過(guò)一個(gè)原子的離子當(dāng)作雙極子，在電 場(chǎng)的作用下，這樣的離子沿著電場(chǎng)排列，并被所施加的電場(chǎng)中帶相反電 荷的一端吸引。該過(guò)程顯著地增加了帶有相反電荷的粒子之間的碰撞機(jī) 會(huì)，因?yàn)樗鼈兓ハ喑喾吹姆较蛞苿?dòng)(特別是當(dāng)電場(chǎng)是交流電場(chǎng)時(shí))，從 而導(dǎo)致所溶解的物質(zhì)中帶相反電荷的離子簇的生長(zhǎng)增快。
此外，電場(chǎng)減少了導(dǎo)致水分子保持在離子上的吸引力，從而使帶電 粒子結(jié)合起來(lái)形成晶種。這樣的微小晶種具有吸引大量的離子和離子簇 (如果溶液是超飽和的，則可獲得離子簇)的表面電荷，并且這些晶種迅速 生長(zhǎng)并促成晶體的生長(zhǎng)(即，所溶解的物質(zhì)的沉淀)，直到溶液不再超飽和 為止。如果壓力降低(許多水垢形成物質(zhì)在水中的溶解度會(huì)隨著壓力的降 低而減少)，則晶體生長(zhǎng)重新開(kāi)始，直到所溶解物質(zhì)的量再一次減少為止。
將在溶液中這樣產(chǎn)生的晶種稱作均質(zhì)晶種；也可以在任意的外源物 質(zhì)上或者在表面上具有尖銳點(diǎn)的平面上形成晶體。電荷會(huì)聚集在這些點(diǎn) 上，并吸引帶電粒子，從而開(kāi)始結(jié)晶過(guò)程。如果在部分溶液中無(wú)法獲得均質(zhì)晶種，則溶解的物質(zhì)可能在非均質(zhì)的晶種上結(jié)晶，這樣情況有可能 發(fā)生在熱交換器或管道的表面上。這樣也會(huì)導(dǎo)致管道中的水垢沉積。
根據(jù)本發(fā)明，管道中的傳播電磁場(chǎng)的存在促使在管道的水中形成均 質(zhì)晶種，并因此促使在水中形成晶體，該晶體可經(jīng)由管道被水帶走，而 不是作為水垢沉積在管道的表面上。均質(zhì)晶種對(duì)溶液中的物質(zhì)的吸引力 是表面上的非均質(zhì)晶種對(duì)溶液中的物質(zhì)的吸引力的10倍，因此晶體更可 能出現(xiàn)于水的懸浮層中。
均質(zhì)晶種開(kāi)始結(jié)晶時(shí)的壓力高于可能在表面上的非均質(zhì)晶種上開(kāi)始 結(jié)晶時(shí)的壓力，因此在表面上的非均質(zhì)沉淀能發(fā)生之前，所有易于從溶 液中沉淀出的物質(zhì)都可能己完成了沉淀。
使所溶解的物質(zhì)從管道內(nèi)的水中沉淀出來(lái)的過(guò)程使得本發(fā)明有益于 減少瀝青質(zhì)和石蠟從油和水的混合物的油份中沉淀在管道表面上。在達(dá) 到傾點(diǎn)之前，瀝青質(zhì)和石蠟均可以使用上述晶種作為在上面沉積懸浮顆 粒(所述顆粒具有類似珍珠的外觀)的晶粒。
瀝青質(zhì)是通常包含氧、氮、硫和重金屬以及碳和氫的高分子量的復(fù) 合芳香化合物。當(dāng)水垢形成物質(zhì)的晶體在達(dá)到傾點(diǎn)之前作為沉積瀝青質(zhì) 和石蠟的晶種時(shí)，避免了在管道上的沉積。
另外，該電場(chǎng)對(duì)管道腐蝕具有有益效果。


現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)實(shí)施例描述本發(fā)明，所述附圖中-
圖1示出了關(guān)于油井管道的用于實(shí)施本發(fā)明的裝置。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明在管道及其內(nèi)容物中建立電磁場(chǎng)的裝置。
圖3示出了裝置所施加的脈沖波形。
圖4示出了在油井管道中產(chǎn)生的電場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式
首先參見(jiàn)圖1，該圖描述了油井管道10，其從地層表面向下延伸至 油井。修井作業(yè)機(jī)12示于管道10的頂部，裝置14與管道連接，在圖2中對(duì)該裝置進(jìn)行了更詳細(xì)的圖示。
圖2顯示了管道10的應(yīng)用了裝置14的部分。裝置14包括圍繞在管 道10周圍的導(dǎo)磁材料的芯元件16，該導(dǎo)磁材料優(yōu)選為合適的鐵素體材料。 便利的是，所述芯元件16包括多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)磁材料元件，它們?nèi)菁{在各 自的殼體部件內(nèi)，這樣的元件通過(guò)緊固件相互連接，所述緊固件中的一 個(gè)或多個(gè)是可拆裝的，從而使芯元件被定位在管道的周圍而不需要分開(kāi) 管道內(nèi)的連接。排列所述獨(dú)立的導(dǎo)磁材料元件以建立圍繞管道10的環(huán)形 導(dǎo)磁通道。
電導(dǎo)體的主線圈設(shè)置在外殼18內(nèi)，與芯元件16連接，而線圈圍繞 芯元件。線圈通過(guò)導(dǎo)線22連接于射頻信號(hào)發(fā)生器單元24。將信號(hào)發(fā)生器 22所產(chǎn)生的電信號(hào)應(yīng)用于圍繞磁性芯元件16的主線圈。該信號(hào)是射頻信 號(hào)，并優(yōu)選是一連串脈沖，每個(gè)脈沖都是附圖3所示的衰減正弦波形。 也可以使用其它的信號(hào)波形，例如方波波形。將這樣的信號(hào)應(yīng)用于磁芯 16，從而在管道10和其中的油/水混合物中建立了射頻電場(chǎng)，這樣的電場(chǎng) 是沿著管道10的長(zhǎng)度建立的同軸傳播的電場(chǎng)。
例如，美國(guó)專利5667677和國(guó)際公開(kāi)申請(qǐng)WO2006/067418中公開(kāi)了 通過(guò)射頻信號(hào)處理流體的方法和裝置。在本發(fā)明中使用的裝置可利用這 些文獻(xiàn)中所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)和方法。
在這樣的頻率和強(qiáng)度條件下建立電磁場(chǎng)使得水分子(其為極性分子) 不能移動(dòng)到足以提高其溫度的程度，同時(shí)較大的分子和離子如前所述進(jìn) 行移動(dòng)，從而增強(qiáng)結(jié)晶過(guò)程。
所述裝置感生出與所述管道的軸相一致的電壓，所述電壓沿著軸產(chǎn) 生電流，而電流在管道內(nèi)和管道周圍產(chǎn)生同軸磁場(chǎng)。所述同軸磁場(chǎng)使電 子在傳導(dǎo)器的外壁面附近流動(dòng)，可將其視為金屬管以及金屬管內(nèi)的水(如 果管道是非傳導(dǎo)性的，則將其視為單獨(dú)的水)。以電學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)當(dāng) 將油井管道看作是開(kāi)路電路，并且為了在開(kāi)路傳導(dǎo)器中產(chǎn)生合理的電子 流動(dòng)，必須提供高頻信號(hào)，從而沿傳導(dǎo)器的長(zhǎng)度產(chǎn)生駐波電壓。例如， 頻率為約120khz，波長(zhǎng)為2498 m，四分之一波長(zhǎng)為624.5 m。因此，電 壓沿著管道的長(zhǎng)度發(fā)生相當(dāng)大的變化，導(dǎo)致前述效果。電壓沿著管道10的長(zhǎng)度變化的方式在圖4中示出。
釆用前述的方式，油井管道在使用中可能包含油和水的混合物，水 (可以是海水)被注入到從中采油的含油地層中來(lái)輔助釆油。管道內(nèi)的傳播 電磁場(chǎng)的建立促使在管道中的混合物的水份中產(chǎn)生均質(zhì)晶種，從而使晶 體經(jīng)由管道被水帶走，而不是作為水垢沉積于管道的內(nèi)表面上。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，混合物中所包含的油中的瀝青質(zhì)和石蠟成分沉積于水中的晶種上， 因此它們也經(jīng)由管道被帶走，而不是沉積在管道的內(nèi)表面上。
瀝青質(zhì)是極性分子，因此通過(guò)前述所建立的傳播的同軸電場(chǎng)，它們 會(huì)被推向管道的中心，避免或者減少在管道內(nèi)壁上的沉積。
本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)所使用的術(shù)語(yǔ)"包含"和"包括"及其另外 的變體是指包含確定的特征、步驟或整體。該術(shù)語(yǔ)不能解釋成排除另外 的特征、步驟或者要素的存在。
如果合適的話，可將前述說(shuō)明書(shū)或者下述權(quán)利要求或者附圖中所揭 示的、以它們的特定形式或者根據(jù)用于實(shí)施所披露的功能的手段、或用 于達(dá)到所披露的結(jié)果的方法或過(guò)程進(jìn)行表述的特征獨(dú)立地或者以任意的 組合進(jìn)行應(yīng)用，從而以其不同形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種減少?gòu)挠途艿赖挠?水混合物中沉積出物質(zhì)的方法，所述方法包括在所述管道內(nèi)的所述混合物中建立射頻傳播電場(chǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法用于抑制從所述油/水混合物 中沉積出水垢和/或石蠟和/或?yàn)r青質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法包括在所述混合物中形成均 質(zhì)晶種，瀝青質(zhì)和/或石蠟的晶種顆粒沉積在所述均質(zhì)晶種上，并經(jīng)由所 述管道被帶走。
4. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述電磁場(chǎng)通過(guò)下述 方式建立在所述管道的流體內(nèi)，圍繞所述管道的某個(gè)位置設(shè)置導(dǎo)磁材 料的芯元件，并在所述芯元件中建立射頻磁通量以產(chǎn)生從所述位置傳播 的電場(chǎng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述芯元件中的所述射頻磁通 量通過(guò)這樣的線圈建立所述芯元件經(jīng)由所述線圈延伸，并且所述線圈由射頻電信號(hào)供給能量。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述電信號(hào)是正弦波形。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述信號(hào)是脈沖信號(hào)，且每個(gè) 脈沖均為衰減的正弦波形。
8. —種處理油井管道內(nèi)的流體的方法，所述方法基本上如參照附圖并在所述附圖中顯示的前文所述。
9. 一種具有油井管道的石油生產(chǎn)設(shè)備，所述油井管道內(nèi)設(shè)置了用于在所述管道內(nèi)建立射頻傳播電磁場(chǎng)的裝置。
全文摘要
一種處理流體，特別是處理油井管道(10)中的油/水混合物的方法，其中，在所述管道的流體中建立射頻傳播電場(chǎng)，使得在所述流體中形成晶種或水垢形成物質(zhì)；所述流體中的晶種瀝青質(zhì)和/或石蠟優(yōu)先沉積在所形成的晶種或水垢形成物質(zhì)上，而不是于沉積在所述管道的壁上，從而經(jīng)由所述管道被該流體帶走。
文檔編號(hào)C02F1/48GK101535189SQ200780036595
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者丹尼爾·斯特凡尼尼 申請(qǐng)人:海卓佩斯控股有限公司